CN1647376A - 具有积分器的多相滤波器 - Google Patents

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Abstract

多相滤波器包括多个滤波器，其中每个滤波器包括无源元件。为所述滤波器提供了积分器，以使一个或更多其他的极点不位于平面极点－零点图内的负虚轴上，所述积分器包括放大器和在反馈路径上的导纳元件。为了使至少一个极点在平面极点－零点图内产生频移，电导元件将积分器的输出端耦合到前一个积分器的输入端上。为了提高多相滤波器的品质因子，电容器将积分器的输出端耦合到下一个积分器的输入端上，于是可以超过该因子。信号反相允许电导元件具有使至少一个极点位于平面极点－零点图内最佳位置上所需的负值。

Description

具有积分器的多相滤波器
本发明涉及一种包括至少两个用于对信号滤波的滤波器的多相滤波器。
本发明还涉及一种在包括至少两个用于对信号滤波的滤波器的多相滤波器中使用的积分器，以及涉及一种包括多相滤波器的接收机，该多相滤波器包括至少两个用于对信号滤波的滤波器。
这样的多相滤波器例如是包括两个用于对两个(输入)信号滤波的滤波器的两相滤波器，或者是包括四个用于对四个(输入)信号滤波的滤波器的四相滤波器。例如在电视接收机中，例如在位于混频器前的调谐器中使用多相滤波器。
在1971年1月26日公布的US 3,599,042中公开了一种现有技术的多相滤波器，该文献公开了一种包括N个单相电路(滤波器)的多相网络，每个电路具有耦合在所述电路的输入和输出端子之间的第一阻抗，同时还耦合到另一电路的输出端子上的所述输入端子通过具有不同于第一阻抗的相位角特性的第二阻抗来响应输入信号的相邻相位(超前或滞后)。
已公开的多相滤波器不太有利，其中原因有，因为例如在位于混频器前的调谐器中使用已公开的多相滤波器的情况下需要缓冲器，所述缓冲器限制了该多相滤波器的动态范围。
本发明的目的尤其是提供一种如在前序中所定义的允许更大动态范围的多相滤波器。
按照本发明的多相滤波器的特征在于所述滤波器被耦合到对滤波信号进行积分的积分器上。
与已公开的滤波器和缓冲器组合相比，与所述滤波器耦合的积分器允许更大的动态范围。
本发明尤其基于以下认识，即已公开的具有缓冲器的多相滤波器具有有限的动态范围，并且尤其基于以下基本思想，即代替所述缓冲器的积分器允许更大的动态范围。
本发明尤其解决了以下问题，即提供一种如在前序中所定义的允许更大动态范围的多相滤波器，并且此外还引入了如下所述的有利功能。
根据按照本发明的多相滤波器的第一个实施方案，积分器的输出端通过一个电导元件耦合到前一个积分器的输入端上。
所述电导元件增强了多相滤波器的选择性。在两相滤波器的情况下，通常会有两个分别具有一个积分器的滤波器。于是，第二积分器的输出端通过第一电导元件耦合到第一积分器的输入端上，并且通常第一积分器的输出端通过第二电导元件耦合到第二积分器的输入端上。在四相滤波器的情况下，通常会有四个分别具有一个积分器的滤波器。第二积分器的输出端通过第一电导元件耦合到第一积分器的输入端上，并且通常第三积分器的输出端通过第二电导元件耦合到第二积分器的输入端上，等等。
根据按照本发明的多相滤波器的第二个实施方案，一个积分器的输出端通过一个电容器耦合到下一个积分器的输入端上。
所述电容器进一步增强了多相滤波器的选择性。在两相滤波器的情况下，第一积分器的输出端通过第一电容器耦合到第二积分器的输入端上，并且通常第二积分器的输出端通过第二电容器耦合到第一积分器的输入端上。在四相滤波器的情况下，第一积分器的输出端通过第一电容器耦合到第二积分器的输入端上，并且通常第二积分器的输出端通过第二电容器耦合到第三积分器的输入端上，等等。所述电容器提高了多相滤波器的品质因子，允许大于
Figure A0380811300041
的品质因子，而不使环路放大率大于三相、四相、五相等滤波器中的一个。
根据按照本发明的多相滤波器的第三个实施方案，一个积分器包括一个在反馈路径上具有一个导纳元件的放大器。
为所述积分器提供了放大功能，并且可以将所述积分器很好地集成到集成电路中，同时所述导纳元件定义积分因子。
根据按照本发明的多相滤波器的第四个实施方案，滤波器包括无源元件，以及放大器包括运算放大器。
这个基于分别包括无源元件的滤波器和运算放大器的多相滤波器可以被很好地集成到集成电路中，同时所述第四个实施方案的每部分是一个子实施方案，其可能和一个或更多其他的子实施方案结合起来使用或不结合起来使用。
根据按照本发明的多相滤波器的第五个实施方案，无源元件包括电阻器和电容器，并且导纳元件包括互相并联的电容器和电导元件。
这个基于电阻器、电容器以及包括互相并联的电容器和电导元件的导纳元件的多相滤波器可以被很好地集成到集成电路中，同时所述第五个实施方案的每部分是一个子实施方案，其可能和一个或更多其他的子实施方案结合起来是用或者不结合起来使用。
根据按照本发明的多相滤波器的第六个实施方案，所述多相滤波器包括至少一次积分器之间的信号反相。
所述信号反相允许电导元件具有使至少一个极点位于平面极点-零点图内最佳位置上所需的负值。在平衡的多相滤波器情况下，可以通过调换集成电路中的一对接头(调换正极和负极)来实现信号反相，或者可以通过一个例如包括运算放大器的反相器来实现信号反相。
应注意的是，不应过于狭窄地考虑词语“前一个”和“下一个”，这些词可以对应于“邻近的”。在积分器和前一个/下一个/邻近的积分器之间可以有或者没有其他的积分器。通常，但不是唯一地，或多或少对称地耦合所述积分器。
按照本发明的积分器和按照本发明的接收机的实施方案对应于按照本发明的多相滤波器的实施方案。
参考下文所述的实施方案来阐述本发明的这些和其他方面，并且通过这些实施方案将很容易理解本发明的各个方面。
图1以方框图的形式示出了一个按照本发明的多相滤波器，其包括四个滤波器和四个按照本发明的积分器，以及
图2以方框图的形式示出了一个按照本发明的多相滤波器，其包括两个滤波器和两个具有一个反相器的按照本发明的积分器。
在图1中所示的多相滤波器包括四个滤波器1-4。滤波器1(2、3、4)包括一个位于滤波器1(2、3、4)的输入端和输出端之间的电容器10(20、30、40)以及一个与滤波器1(2、3、4)的输入端和滤波器2(3、4、1)的输出端耦合的电阻器11(21、31、41)。滤波器1(2、3、4)的输出端与运算放大器12(22、32、42)的第一输入端耦合，该运算放大器12(22、32、42)的第二输入端接地并且其输出端通过导纳元件13(23、33、43)与所述第一输入端耦合。所述输出端此外还通过电导元件44(14、24、34)与运算放大器42(12、22、32)的输入端耦合，并且此外还通过电容器25(35、45、15)与运算放大器22(32、42、12)的输入端耦合。
第一(第二、第三、第四)滤波器1(2、3、4)的输出端与第一(第二、第三、第四)积分器12-13(22-23、32-33、42-43)的输入端耦合，所述积分器包括运算放大器12(22、32、42)和在反馈路径中的导纳元件13(23、33、43)。然而不排除其他的放大器、例如单个或几个晶体管。所述导纳元件13(23、33、43)例如包括互相并联的一个电容器和一个电导元件，但是也可能是其他的和/或更多的导纳元件。
第一(第二、第三、第四)积分器12-13(22-23、32-33、42-43)的输出端通过电导元件44(14、24、34)与前一个积分器42-43(12-13、22-23、32-33)的输入端耦合，但不排除更多的元件。
第一(第二、第三、第四)积分器12-13(22-23、32-33、42-43)的输出端通过电容器25(35、45、15)与下一个积分器22-23(32-33、42-43、12-13)的输入端耦合，但不排除更多的元件。
第一(第二、第三、第四)滤波器1(2、3、4)包括例如所述电容器10(20、30、40)和所述电阻器11(21、31、41)的无源元件，但不排除其他的和/或更多的无源元件。通常，每个滤波器1、2、3、4中有至少两个无源元件将具有不同的相位角特性。
作为替代方案，代替包括无源元件10-11(20-21、30-31、40-41)以及与积分器12-13(22-23、32-33、42-43)耦合，，滤波器1(2、3、4)可以包括无源元件10-11(20-21、30-31、40-4 1)，并且此外还可以包括积分器12-13(22-23、32-33、42-43)和/或电导元件(因此具有包括与前一个积分器耦合或与下一个积分器耦合的选项)和/或电容器(因此又具有包括与前一个积分器耦合或与下一个积分器耦合的选项)。
放大器和在反馈路径上的导纳元件引入了在平面极点-零点图内负实轴上的极点。电导元件引起所述极点在平面极点-零点图内频移。电容器也使所述极点在平面极点-零点图内产生频移。四相滤波器中的品质因子大于 现成为可能。
图2中的多相滤波器包括第一(第二)运算放大器50(55)，其第一输入端与导纳元件52(57)耦合并且第二输入端接地，其输出端通过导纳元件51(56)与所述第一输入端耦合。导纳元件52(57)的另一端构成该多相滤波器的第一(第二)输入端。第一(第二)运算放大器50(55)的所述输出端构成该多相滤波器的第一(第二)输出端。
该多相滤波器的所述第一输入端此外还和电导元件58耦合。该电导元件58的另一端与第三运算放大器60的第一输入端耦合。该第三运算放大器60的第二输入端接地。该第三运算放大器60的输出端通过电导元件61与第三运算放大器60的所述第一输入端耦合并且通过电导元件62与第二运算放大器55的所述第一输入端耦合。第三运算放大器60的所述第一输入端此外还通过电导元件59与第一运算放大器50的输出端耦合。
该多相滤波器的所述第二输入端此外还与电导元件53耦合，该电导元件53的另一端与第一运算放大器50的所述第一输入端耦合，并且通过电导元件54与第二运算放大器55的所述输出端耦合。
导纳元件52和电导元件58构成第一滤波器，同时运算放大器50和导纳元件51构成第一积分器。导纳元件57和电导元件53构成第二滤波器，同时运算放大器55和导纳元件56构成第二积分器。电导元件54(59)将第二(第一)积分器的输出端耦合到第一(第二)积分器的输入端上。
第三运算放大器60和电导元件61和62一起构成一个位于两个积分器之间的反相器，并且允许电导元件58和59具有使至少一个极点位于平面极点-零点图内最佳位置上所需的负值。
关于所述运算放大器、导纳元件和电导元件的替代方案和/或扩展方案，参见上文。
假设导纳元件51和56为Yb＝sCb+Gbr，导纳元件52和57为Ya＝sCa+Gar，电导元件53为Ga并且电导元件58为-Ga，电导元件54为Gb并且电导元件59为-Gb。所述负值由所述反相器实现。转移函数为：
Hp(s)＝-(sCa+Gar+jGa)/(sCb+Gbr+jGb)，
并且可以在Sx＝-(Gbr+jGb)/Cb处找到极点，
并且可以在So＝-(Gar+jGa)/Ca处找到零点。
应注意的是，本发明的保护范围并不局限于在此所描述的实施方案。权利要求中的参考数字也不限制本发明的保护范围。单词“包括”不排除不同于权利要求中所提到的那些部分。元件前的冠词“一个”不排除多个元件。构成本发明的一部分的装置可以以专用硬件的形式或者以可编程处理器的形式来实现。本发明在于每个新特征或特征的组合。

Claims (9)

1.一种多相滤波器，包括至少两个用于对信号滤波的滤波器，其特征在于，所述滤波器与用于对滤波信号进行积分的积分器相耦合。
2.如权利要求1所述的多相滤波器，其中，积分器的输出端通过电导元件与前一个积分器的输入端相耦合。
3.如权利要求2所述的多相滤波器，其中，积分器的输出端通过电容器与下一个积分器的输入端相耦合。
4.如权利要求3所述的多相滤波器，其中，积分器包括一个放大器和一个在反馈路径中的导纳元件。
5.如权利要求4所述的多相滤波器，其中，滤波器包括无源元件，并且放大器包括运算放大器。
6.如权利要求5所述的多相滤波器，其中，无源元件包括电阻器和电容器，并且导纳元件包括互相并联耦合的电容器和电导元件。
7.如权利要求6所述的多相滤波器，其中，所述多相滤波器在积分器之间包括至少一次信号反相。
8.一种在多相滤波器中使用的积分器，所述多相滤波器包括至少两个用于对信号滤波的滤波器，其中，所述滤波器与用于对滤波信号进行积分的积分器相耦合。
9.一种包括多相滤波器的接收机，所述多相滤波器包括至少两个用于对信号滤波的滤波器，其中，所述滤波器与用于对滤波信号进行积分的积分器相耦合。
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